Khai thác và phân dạng bài tập về liên kết hyđrô của axít đề oxi ribô nuclêic (ADN) trong chương trình sinh học lớp 9 THCS

PHẦN MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Sinh học môn khoa học nhà trường Sự phát triển khoa học kĩ thuật cho đời nhiều loại thiết bị đại phục vụ cho nghiên cứu, kiến thức sinh học trở nên rộng hơn, sâu Do việc dạy tốt môn sinh học trở thành nhiệm vụ quan trọng, song gặp nhiều khó khăn, trở ngại,…Đặc biệt môn sinh học 9, với lượng kiến thức lí thuyết mang tính khoa học hàn lâm, gây cho học sinh cảm giác ngại tiếp xúc, ngại học từ Với mục tiêu dạy tốt học tốt, thiết nghĩ cần phải lồng ghép dạy lí thuyết với việc hình thành kĩ giải tập cho em; mảng tập di truyền Qua thực tế giảng dạy Sinh học trường THCS Thiết Ống nhận thấy: em lúng túng làm tập di truyền phân tử có liên quan đến liên kết hóa học Mặt khác, thời lượng số tiết tuần mơn (2tiết/tuần), có 1-2 tiết tập/ học kì gây khó khăn khơng nhỏ cho giáo viên giảng dạy môn Sinh học hỗ trợ em giải tập di truyền nói chung tập liên kết hóa học nói riêng Thơng thường việc thực với nhóm học sinh ôn thi đội tuyển học sinh giỏi khơng thời gian thầy lẫn trò Do cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi, giáo viên phải có sáng tạo riêng phương pháp hướng dẫn học sinh cách khai thác hệ thống dạng tập Từ trình dạy học sinh học lớp bồi dưỡng học sinh giỏi, rút số kinh nghiệm "Khai thác phân dạng tập liên kết Hidro axit deoxiribonucleic chương trình sinh học lớp Trường THCS Thiết Ống, huyện Bá Thước” Với mong muốn giúp em giải tập liên kết Hidro axit deoxiribonucleic (ADN)- toán di truyền phân tử - hướng tới đối tượng học sinh ôn đội tuyển thi học sinh giỏi Ngoài sử dụng số dạng giảng dạy khóa mơn sinh học với mục đích củng cố hệ thống kiến thức lí thuyết cho học sinh đại trà Từ tạo hứng thú, phát huy tính tích cực chủ động em học tập, em khơng ngại học môn Sinh học đồng thời nâng cao chất lượng môn Mục tiêu nghiên cứu: Cách khai thác phân dạng tập liên kết Hidro axit deoxiribonucleic (ADN) vận dụng vào q trình dạy ơn thi đội tuyển học sinh giỏi khối 9, lựa chọn số dạng để củng cố kiến thức lí thuyết kích thích hứng thú cho học sinh đại trà tiết tập luyện tập Đối tượng nghiên cứu: Phần tập liên kết Hidro axit Deoxiribonucleic (ADN) qua chương III-ADN gen, chương IV- Biến dị / Phần 1-Di truyền biến dị/ Sinh học lớp Phương pháp nghiên cứu: Tôi phối hợp nhiều phương pháp trình thực SKKN: - Phương pháp nghiên cứu xây dựng sở lý thuyết: Tham khảo, nghiên cứu tài liệu hướng dẫn phương pháp giải tập di truyền phân tử Tham khảo SGK, SGV sinh học - Phương pháp quan sát sư phạm: Quan sát thái độ, mức độ hứng thú, tích cực học tập học sinh - Phương pháp tổng kết, rút kinh nghiệm dạy học: Tích lũy dạy lớp, dự đồng nghiệp, đồng nghiệp dự góp ý - Phương pháp thực nghiệm: Lựa chọn lớp thực nghiệm lớp đối chứng; áp dụng dạy thử nghiệm - Phương pháp phân tích: So sánh chất lượng dạy, lực học, mức độ tích cực học sinh chưa áp dụng SKKN với áp dụng SKKN PHẦN NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Cơ sở lý luận: Ta biết, chương trình Sinh học cấp THCS phân chia thành giai đoạn: giai đoạn (lớp lớp 7) khả tư học sinh hạn chế, vốn kiến thức sơ đẳng, SGK đề cập đến khái niệm, tượng thực tiễn quen thuộc thường gặp hàng ngày đối tượng thực vật động vật; giai đoạn ( lớp lớp 9) khả tư em phát triển, có số hiểu biết ban đầu khái niệm kiến thức lí thuyết mang tính hàn lâm cao, đòi hỏi tính tư lơgic biện chứng Do việc học tập mơn sinh học lớp có u cầu cao hơn, số tập tính toán phần di truyền phân tử Các tập di truyền phân tử tập hay, lý thú có tính tư tốn học cao Để giải tập học sinh phải có hai vấn đề có am hiểu kiến thức mơn sinh học liên quan có kiến thức, kĩ tốn học (cơng cụ) Việc giải hai vấn đề phụ thuộc vào cách dạy giáo viên Những tập di truyền phân tử lớp khai thác chương III chương IV Mặc dù học sinh trang bị kiến thức phân tử nguyên tố hóa học từ mơn hóa học lớp nhiên khái niệm bản, kiến thức sơ đẳng tập loại lạ em, không phức tạp học sinh lớp cần tập dần cho em có kỹ định hướng giải cách có hệ thống, khoa học, dễ dàng tiếp nhận giải toán di truyền đa dạng cấp THPT sâu vào nghiên cứu Chuyên ngành trường chuyên nghiệp sau Đối với việc hướng dẫn học sinh làm tập mơn tự nhiên nói chung mơn sinh học nói riêng giáo viên thường dạy theo chủ đề Với thân dạy theo cách thường tiến hành theo bước sau: - Trước hết giáo viên phải dạy cho học sinh nắm kiến thức sinh học liên quan đến chủ đề - Trên sở đó, phân tích tập cụ thể để xây dựng hệ thống cơng thức có liên quan - Trong chủ đề, tổ chức cho học sinh giải theo dạng tập qua tập phát triển tư cho học sinh cách hướng dẫn học sinh đưa tập từ ban đầu, hay “giải để giải nhiều ” Thực trạng việc giải tập liên kết Hidro axit deoxiribonucleic (ADN) học sinh lớp trường THCS Thiết Ống, huyện Bá Thước Những năm gần đây, kì thi học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh, thi vào lớp 10 THPT chuyên xuất tập liên kết hóa học thường tập hay, bản, điển hình cho dạng tập định lượng môn sinh học Các đề thi học kì I Sở giáo dục gần đưa tập di truyền phân tử liên quan đến liên kết hóa học nhìn chung kết thi em biết khơng cao em thường khơng làm tốt dạng tập này, chí bỏ qua không làm Thực phân phối chương trình sinh học lớp khơng có nhiều thời lượng cho việc làm tập mà sách tham khảo lại có nhiều tập liên kết hóa học Khi gặp tập liên kết hóa học học sinh thường lúng túng, không hiểu yêu cầu tập nên dẫn đến khơng có phương pháp giải Theo nguyên nhân thực trạng thể số điểm sau: + Học sinh chưa có kiến thức tốn học liên quan (lũy thừa, phương trình bậc nhất, phương trình bậc 2, hệ phương trình ẩn ẩn, ) có em có kiến thức giải tập sinh học cách vận dụng + Học sinh chưa nắm sâu sắc mối quan hệ đại lượng sinh học tập + Đa số em chưa có định hướng chung phương pháp học lý thuyết, vận dụng cơng thức chưa linh hoạt, chưa có phương pháp giải tập di truyền phân tử + Thông thường giáo viên cho học sinh tiếp cận với tập liên kết hóa học khơng phân theo dạng, theo chủ đề nên học sinh không rèn luyện khả phân tích, tổng hợp, nhận dạng tập, dẫn đến học sinh thụ động, máy móc gặp phải dạng toán thi Trước (trước năm học 2014-2015) chưa vận dụng sáng kiến vào dạy bồi dưỡng học sinh giỏi lớp 9, tơi có đề khảo sát học lực học sinh đội tuyển ôn thi dạng tập sáng kiến Kết thu thống kê qua bảng sau: Bảng Năm học Tổng số HS 2012-2013 86 XL giỏi SL % 0.0 XL SL % 22 25.6 XL TB SL % 48 55.8 XL yếu SL % 16 18 2013-2014 118 0.8 30 25.4 70 59.4 17 14 Trước vận dụng sáng kiến kết thi học sinh giỏi cấp thấp Cụ thể: Bảng Năm học Sl học sinh dự Giải thi cấp huyện Giải thi cấp tỉnh thi cấp tỉnh Năm học 2012-2013 0 Năm học 2013-2014 Xuất phát từ hạn chế kết thi học sinh giỏi, tự rút kinh nghiệm, vận dụng sáng kiến nhằm cải tạo thực trạng qua việc khai thác phân dạng tập liên kết Hidro axit deoxiribonucleic (ADN) chương trình sinh học lớp Trường THCS Thiết Ống, huyện Bá Thước Các giải pháp sử dụng để khai thác phân dạng tập liên kết Hidro axit deoxiribonucleic (ADN) chương trình sinh học lớp Trường THCS Thiết Ống, huyện Bá Thước: Để triển khai chủ đề tập liên kết Hidro buổi ôn thi học sinh giỏi đạt hiệu quả, thân nghiên cứu sách giáo khoa trước soạn bài, tham khảo tài liệu nâng cao giành cho giáo viên học sinh; đề thi học sinh giỏi cấp; chuyên đề sinh học Trên sở tơi biên soạn thành hệ thống nội dung kiến thức tập theo mạch kiến thức từ dễ đến khó cho phù hợp với đối tượng học sinh, phù hợp với mạch tư logic em gây hứng thú học sinh Ngoài kiến thức sách giáo khoa, đưa đơn vị kiến thức nâng cao thảo luận nhóm, tổ chun mơn; thử nghiệm qua giảng, khóa học sinh Những tập liên kết Hidro đề cập điển hình, phù hợp với khả tiếp thu học sinh, đem lại kết tốt qua kì thi thi mà học sinh tơi có hội tham gia Q trình tơi tổ chức thực chủ đề tập liên kết Hidro cụ thể sau: 3.1 Hệ thống kiến thức bản: 3.1.1 Kiến thức Axit deoxiribonucleic (ADN): - Axit deoxiribonucleic hay ADN thuộc loại axit Nucleic - Axit Nucleic nhóm axit hữu cơ, có vai trò quan trọng hoạt động sống tế bào thể, đảm bảo cho khả sinh tồn nòi giống với chức mang truyền đạt thông tin di truyền Axit Nucleic gồm loại: axit Deoxiribonucleic (ADN) axit ribonucleic (ARN) Chúng chất trùng hợp từ đơn phân Nucleotit (viết tắt Nu) Mỗi Nucleotit gồm thành phần: + Nhóm photphat (P) có tính hóa học mạnh để liên kết nhóm khác phản ứng ngưng tụ + Đường pentozo ADN đường deoxiribozo (C 5H10O4) ARN đường ribozo (C5H10O5) + Bazo nitric thuộc nhóm: Purin (adenin guanin) có kích thước lớn pirimidin (timin, xitzin, uraxin) có kích thước nhỏ Timin AND, uraxin có ARN - ADN Có loại nucleotit phân biệt Bazo nitric (A, T, G, X) tạo nên chuỗi phân tử (chuỗi polynucleotit) dài hàng trăm chí hàng triệu đơn phân - ADN theo mơ hình J.Oat xơn F Crick, có cấu trúc mạch ngược chiều nhau, liên kết Nu mạch liên kết photphodieste; Nu mạch với liên kết Hidro - ADN có đặc tính tự nhân đơi (tự sao): Quá trình gồm giai đoạn sau: + Đầu tiên mạch ADN nhờ enzim gọi helicaza, enzim phá vỡ liên kết hidro bazo nhờ lượng giải phóng từ thủy phân nucleozit 5’triphotphat Các protein SSB gắn lên đoạn tách làm mạch đơn không kết hợp lại + Tổng hợp đoạn mồi ARN + Tổng hợp mạch nhờ enzim polimeraza III Các nucleotit môi trường nội bào liên kết với nucleotit mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung: A-T, G-X - ADN bị đột biến, đột biến xảy trình tự phân tử ADN, dẫn đến hình thành gen liên quan đến cặp Nu; từ dẫn đến thay đổi cấu trúc ADN làm thay đổi số lượng liên liên kết Hidro 3.1.2 Kiến thức liên kết Hidro axit deoxiribonucleic (ADN): - Liên kết Hidro dạng liên kết hóa học yếu, đóng vai trò quan trọng thể sống Nhờ liên kết hình thành nên cấu trúc khơng gian đại phân tử sống ADN, Protein, Lipit,… - Liên kết Hidro mạch đơn ADN theo nguyên tắc bổ sung, purine - đơn phân có kích thước lớn (A G) mạch đơn với pyrimidine- đơn phân có kích thước bé (T X) mạch đơn bên kia; Cụ thể: A liên kết với T liên kết hidro X liên kết với G liên kết hidro Điều đảm bảo khoảng cách đặn mạch đơn - Với đặc tính liên kết yếu nên liên kết Hidro bị phá vỡ dễ dàng q trình nhân đơi ADN phiên mã gen Tuy chuỗi xoắn kép ADN có tương tác liên kết hiđro cặp bazơ lân cận làm cho phân tử ADN trạng thái xoắn kép bền vững Thêm vào đó, phân tử ADN có số lượng lớn định liên kết hidro dù bị chuyển động nhiệt làm phá vỡ liên kết hidro đầu phân tử phân tử liên kết hidro gắn sợi đơn lại bị nhiệt độ cao gần điểm sôi tách chúng - Sự vi phạm nguyên tắc bổ sung liên kết hidro dẫn đến biến đổi cấu trúc đoạn phân tử ADN (đột biến gen) Thay đổi cấu trúc phân tử ARN đoạn ADN mã hóa, biến đổi cấu trúc Protein tương ứng, cuối biểu thành kiểu hình đột biến 3.2 Xây dựng công thức tổng quát từ tập cụ thể: Nếu gọi tổng số nucleotit phân tử ADN là: N (Đk: N số nguyên dương) Căn vào cấu trúc mạch bổ sung phân tử ADN, số nucleotit mạch phân tử N/2 Trên sở lí thuyết phân tích trên, xây dựng cơng thức liên quan đến liên kết Hidro sau: 3.2.1 Tính số liên kết Hidro ( H ) phân tử AND: Bài tập sở : Một gen dài 5100 Ǻ Ađenin chiếm 20% số Nucleotit gen Hãy xác định số liên kết hidro gen? Thảo luận: - Bài tập yêu cầu xác định giá trị gì? ( Xác định số liên kết Hidro) - Dữ kiện đề cho biết gì? ( Chiều dài gen L = 5100 Ǻ, tỉ lệ % số Nu loại A) - Các kiện đề có liên quan với số liên kết Hidro? (Để tính số liên kết Hidro cần xác định gen có Nu loại A, Nu loại G? từ % số Nu loại A xác định % số Nu loại G; xác định giá trị N (số Nu gen) suy từ cơng thức tính chiều dài gen.) Hướng dẫn giải - Từ cơng thức tính chiều dài gen L = (N/2)3,4 Suy số nucleotit gen là: N = (L: 3,4)2 = (5100 : 3,4)2 = 3000 Nu - Xác định số nucleotit loại đơn phân: A = 20%N = 600 Nu G = (50%-20%)N = 900 Nu - Số liên kết hidro (H): Vì : A mạch nối với T mạch liên kết hidro ngược lại G mạch nối với X mạch liên kết hidro ngược lại Mặt khác, dựa vào hệ NTBS, phân tử ADN số lượng Nu loại A số lượng Nu loại T, số lượng Nu loại G số lượng Nu loại X (A = T G = X) Do số liên kết Hidro (H) xác định sau: H = 2A + 3G = x 600 + x 900 = 3900 (liên kết) Xây dựng cơng thức tổng qt: * Tính số liên kết Hidro ( H ) phân tử AND: Với H số liên kết Hidro, A số lượng đơn phân Adenin (A = T); G số lượng đơn phân Guanin (G = X) Số liên kết Hidro (H) ADN xác định sau: H = 2A + G H = 2T + 3X Vì N = A + T + G + X = 2A + 2G Nên số liên kết Hidro dược xác định theo công thức sau: H=N+G Hệ quả: (có thể hiểu loại tốn nghịch dạng tốn trên): Căn vào cơng thức tính số liên kết hidro phân tử ADN H = 2A + 3G H = N + G Có thể suy giá trị sau: Khi toán cho biết H, giá trị G xác định suy N theo công thức biến đổi sau: N = H – G Hoặc toán cho biết H, N xác định thành phần loại nucleotit ADN sau: Xác định giá trị G : G = H – N tính giá trị A, T, X theo G Từ xác định giá trị liên quan là: L (chiều dài ADN), C (số chu kì xoắn ADN) , M (khối lượng phân tử ADN), 3.2.2 Tính số liên kết hidro hình thành bị phá hủy ADN tự nhân đôi: Bài tập sở : Một gen có số nucleotit loại A = 600 G = 3/2 A Gen nhân đơi số lần cần môi trường cung cấp 6300 nucleotit loại G Hãy xác định số liên kết hidro bị phá hủy hình thành trình nhân đôi ADN ? Thảo luận: - Đề yêu cầu xác định giá trị gì? ( Số liên kết Hidro bị phá hủy số liên kết Hidro hình thành q trình nhân đơi) - Dữ kiên tốn cho biết số lần tự nhân đơi chưa? (Chưa cho biết) - Để xác định số lần tự nhân đôi cần dựa vào kiện nào? ( Dựa vào số Nu loại G mà môi trường cung cấp; cần phải xác định số Nu loại G gen) Hướng dẫn giải - Xác định số nucleotit loại G gen: G = 3/2 A = 3/2 x 600 = 900 Nu - Xác định giá trị k- số lần nhân đôi gen Từ cơng thức tính số nucleotit loại G mơi trường cung cấp cho gen nhân đôi k lần là: Gmt = (2k – 1) Ggen  6300 = (2k – 1)900 Suy (2k – 1) = 6300: 900 = 2k = Vậy k = - Xác định số liên kết H: + Số liên kết H bị phá hủy q trình nhân đơi gen: Khi ADN tự nhân đơi hồn tồn mạch ADN tách ra, liên kết hidro mạch nên số liên kết hidro bị phá vỡ số liên kết hidro AND ban đầu ADN tự nhân đơi lần: Lần 1: Có phân tử ADN Số liên kết H bị phá vỡ = số liên kết H ADN = H = 20H Lần 2: Có 21 = phân tử ADN tạo Số liên kết H bị phá vỡ = số liên kết H ADN = 2H = 21H Lần 3: Có 22 = phân tử ADN tạo Số liên kết H bị phá vỡ = số liên kết H ADN = 4H = 22H Vậy tổng số liên kết Hidro bị phá hủy sau lần tự nhân đôi là: �H bị phá vỡ = 1H + 2H + 4H = (20 + 21 + 22)H = (23 - 1)H = (23 - 1)(2A + 3G) = x 3900 = 27300 (liên kết) + Số liên kết Hidro hình thành q trình gen nhân đơi: Mỗi mạch đơn ADN nối nu tự theo NTBS liên kết hidro nên số liên kết Hiđro hình thành tổng số liên kết Hiđro ADN Do số liên kết Hidro hình thành q trình nhân đơi số liên kết Hidro tất gen vừa tạo sau lần tự nhân đôi H hình thành = 23H = x 3900 = 31200 (liên kết) Xây dựng công thức tổng quát: Số liên kết hidro bị phá vỡ số liên kết hidro hình thành Qua lần tự nhân đơi Khi ADN tự nhân đơi hồn tồn mạch ADN tách ra, liên kết hidro mạch bị phá vỡ nên số liên kết hidro bị phá vỡ số liên kết hidro ADN ban đầu H bị phá vỡ = H ADN (liên kết) Mỗi mạch ADN nối nu tự theo NTBS liên kết hidro nên số liên kết hiđro hình thành tổng số liên kết hiđro ADN H hình thành = HADN (liên kết) Qua k lần tự nhân đôi - Tổng số liên kết hydro bị phá vỡ : k = 1: Số liên kết H bị phá vỡ = số liên kết H ADN = H = 20H k = 2: Số liên kết H bị phá vỡ = số liên kết H ADN = 2H = 21H k = 3: Số liên kết H bị phá vỡ = số liên kết H ADN = 4H = 22H ……………………… k = n: Số liên kết H bị phá vỡ = 2n-1H Vậy tổng số liên kết Hidro bị phá hủy sau lần tự nhân đôi là: �H bị phá vỡ = (20 + 21 + 22 + + 2n-1 )H = (2n - 1)H (liên kết) - Tổng số liên kết hidro hình thành : �H hình thành = H2n (liên kết) 3.2.3 Bài tốn đột biến gen – liên quan đến rối loạn trình tự chép ADN Bài tập sở : Trong phân tử ADN, ađênin (A) liên kết với timin (T) liên kết hiđrô xitôzin (X) liên kết với guanin (G) liên kết hiđrơ a) Tính số liên kết hiđrơ gen biết: A + G = 700 nuclêôtit A - G = 100 nuclêôtit b) Số liên kết hiđrô gen thay đổi sau: -Trường hợp : Mất cặp nuclêôtit -Trường hợp 2: Thêm cặp nuclêôtit -Trường hợp 3: Thay cặp nuclêôtit cặp nuclêôtit khác Thảo luận: - Đối với câu a học sinh áp dụng cơng thức tính số liên kết Hidro xây dựng từ toán sở để tính - Đối với câu b để xác định số liên kết Hidro gen thay đổi qua loại đột biến học sinh phải nhớ lại đặc điểm củ loại đột biến Hướng dẫn giải: a Số liên kết hiđrô gen: Xác định giá trị A, G: A + G = 700 Nu (1) A – G = 100 Nu (2) Giải hệ phương trình ta được: A = 400Nu ; G = 300 Nu - Số liên kết Hidro: H = 2A + 3G = x 400 + x 300 = 1700 (liên kết) b Trường hợp : Mất cặp nuclêôtit - Nếu cặp A-T: Số liên kết Hidro giảm liên kết còn: 1700 – = 1698 - Nếu cặp G-X: Số liên kết Hidro giảm liên kết còn: 1700 – = 1697 Trường hợp 2: Thêm cặp nuclêôtit - Nếu thêm cặp A-T: Số liên kết Hidro tăng liên kết: 1700 + = 1702 - Nếu thêm cặp G-X: Số liên kết Hidro tăng liên kết : 1700 + = 1703 Trường hợp 3: Thay cặp nuclêôtit cặp nuclêôtit khác - Nếu thay cặp A-T cặp G-X: Số liên kết Hidro tăng liên kết: 1700 + = 1702 (liên kết) - Nếu thay cặp G-X cặp A-T: Số liên kết Hidro giảm liên kết : 1700 - = 1699 (liên kết) Xây dựng công thức tổng quát: - Muốn xác định số liên kết Hidro gen đột biến phải vào gen lúc chưa đột biến dựa vào loại đột biến - Ở cấp THCS ta xét loại đột biến gen: + Đột biến thêm số cặp Nu: Loại đột biến làm tăng số liên kết Hidro + Đột biến số cặp Nu: Loại đột biến làm giảm số liên kết Hidro + Đột biến thay số cặp Nu: Nếu đột biến thay cặp A-T cặp G-X làm tăng số liên kết Hidro; Nếu đột biến thay cặp G-X cặp A-T làm giảm số liên kết Hidro Sau hướng dẫn học sinh giải tập sở để xây dựng cơng thức có liên quan đến liên kết Hidro, giáo viên sử dụng hệ thống tập vận dụng yêu cầu học sinh áp dụng công thức xây dựng để giải tập cụ thể 3.3 Khai thác tập vận dụng định hướng theo dạng : Dạng 1: Tính số liên kết Hidro ( H ) phân tử ADN: * Loại toán thuận Bài Một đoạn phân tử ADN có 270 nucleotit loại G tỉ lệ A = 1/3X Phân tử có liên kết hidro? ( Trích BT PP giải tập di truyền sinh thái lớp 9/ Lê Ngọc Lập/ Nhà xuất Giáo dục) Lược giải - Số lượng loại Nu: G = X = 270 Nu; A = T = 90 Nu - Số liên kết hidro phân tử AND: A liên kết với T liên kết hidro 10 G liên kết với X liên kết hidro H = 2A + 3G = x 90 + x 270 = 990 (liên kết) Bài Cho biết gen loài động vật có tỉ lệ (A+T)/(G+X) = 1,5 có 3.109 cặp Nu Tính tổng số liên kết hidro có gen loài ? (Sưu tầm) Lược giải - Từ tỉ lệ (A+T)/(G+X) = 1,5 suy A = 1,5G hay 2A = 3G (*) Tổng số Nu gen 3.109 cặp = 6.109 Nu N = 2A + 2G = 6.109 Nu (**) Thay (*) vào (**) ta được: N = 3G + 2G = 6.109 Nu Suy G = 6.109 : = 1,2.109 Nu Vậy X = G = 12.108 Nu; T = A = 18.108 Nu - Tổng số liên kết Hidro gen : H = 2A+ 3G = 72.108 (liên kết) * Luận bàn: Đối với loại toán thuận minh họa thông qua tập đây, xem dạng đơn giản lẽ học sinh cần thay số vào cơng thức để tính Tác dụng toán nhằm giúp em củng cố phần kiến thức lí thuyết, tự xây dựng công thức tạo tiền đề cho toán phức tạp Dạng tập thường sử dụng để giúp học sinh giỏi bắt đầu tiếp cận với chủ đề học;sử dụng vào tiết tập ơn tập học khóa nhằm giải tỏa khơng khí căng thẳng nghiên cứu lí thuyết đơn điệu, kích thích tính hứng thú cho học sinh say mê u thích mơn sinh học Bài Trong tế bào chứa gen có chiều dài Số liên kết hidro gen thứ nhiều số liên kết hidro gen thứ 160 Khi tế bào chứa gen ngun phân lần mơi trường cung cấp cho gen thứ 3000 Nu loại A môi trường cung cấp cho gen thứ hai 6750 Nu loại G Hãy xác định: a Số Nu loại gen b Số chu kì xoắn số liên kết hidro gen? ( Trích đề thi giáo viên giỏi huyện Bá Thước năm học 2011- 2012) Lược giải a Vì l1 = l2 => N1 = N2 2A1 + 2G1 = 2A2 + 2G2 (1) 2G1 – 2G2 = 2A2 – 2A1 G1 – G2 = A2 – A1 (2) Theo đề: H1 = H2 + 160 2A1 + 3G1 = 2A2 + 3G2 + 160 (3) Từ (1) (3) => G1 – G2 = 160 Và từ (2) => G1 – G2 = A2 – A1 = 160 Mà: A1 = 3000 : (24 -1) = 200 Nu => A2 = 200 + 160 = 360 Nu G2 = 6750 : (24 – 1) = 450 Nu 11 => G1 = 450 + 160 = 610 Nu Vậy số nu loại gen: Gen 1: A = T = 200 (nu) G = X = 610 (Nu) Gen 2: A = T = 360 (nu) G = X =450 (Nu) b C1 = C2 = (200 + 610) : 20 = 81 (chu kỳ xoắn) H1 = (2 x 200) + (3 x 610) = 2230 (liên kết hiđrô) H2 = 2230 – 160 = 2070 (liên kết hiđrô) * Luận bàn: Bài tập số so với tập có điểm khác xét với đồng thời gen, thông tin liên kết Hidro gen sở để học sinh xác định số Nu loại gen Như vậy, để làm tập bên cạnh ghi nhớ cơng thức đòi hỏi học sinh kĩ tư toán học, biến đổi vận dụng linh hoạt cơng thức tính tốn xây dựng liên kết Hidro.Với tập chủ yếu sử dụng cho đối tượng học sinh ôn thi đội tuyển học sinh giỏi * Loại toán nghịch: Bài Một gen có 1464 liên kết Hiđrơ mạch gen có A1 = 36%; T1 = 20% Hãy tính chiều dài gen? ( Trích BT PP giải tập di truyền sinh thái lớp 9/ Lê Ngọc Lập/ Nhà xuất Giáo dục) Lược giải Tính chiều dài gen: Xác định số Nu gen: A = A1 + A2 = T1 + T2 (*) Theo nguyên tắc bổ sung ta có: A1 = T2; A2 = T1 Thay vào (*) ta được: A = A1 + T1 = (36%+ 20%): = 28% Suy ra, A = T = 28%N G = X = 22%N - Từ cơng thức tính số liên kết hydro: H = N + G Với G = 22% N Nên H = 1,22N = 1464 suy N = H : 1,22 = 1200 Nu Chiều dài gen: L = (N/2)x 3,4 = 2040 (Ǻ) * Luận bàn: Đề cho biết giá trị liên kết Hidro tỉ lệ phần trăm loại Nu mạch, từ sở học sinh thành lập lại công thức, xác định mối liên hệ giá trị biết tìm giá trị N, từ tính chiều dài gen Như phát triển thành dạng phổ qt: khơng tính giá trị L(chiều dài), mà xác định giá trị khác như:khối lượng gen (M), số chu kì xoắn (C),… Bài Xét cặp nhiễm sắc thể tương đồng chứa cặp gen dị hợp (Aa), gen dài 4080 Ăngstron(Ǻ) Gen trội A có 3120 liên kết hiđrơ; gen lặn a có 3240 liên kết hyđrơ 12 Số lượng loại nuclêơtit loại giao tử bình thường chứa gen nói bao nhiêu? (Trích đề HSG huyện Bá Thước năm học 2012- 2013) Lược giải Gen = 4080 : 3,4 x = 2400 nuclêôtit - Giao tử chứa gen A: 2A + 3G = 3120 (1); 2A + 2G = 2400(2) Giải ta có: A = T = 480 Nu; G = X = 720 Nu - Giao tử chứa gen a: 2A + 3G = 3240 (3) ; 2A + 2G = 2400 (4) Giải ta có: A = T = 360 Nu; G = X = 840 Nu * Luận bàn: xác định đồng thời gen dựa vào mối liên hệ giá trị có liên quan mà đề cho Loại tập giúp học sinh phát triển tư logic, khả lập luận sở hệ thống lại kiến thức cấu trúc ADN kiến thức chế tự ADN Bài Trong phân tử ADN, số liên kết hiđrô mạch đơn 531.10 số liên kết hiđrô cặp A- T số chu kì xoắn phân tử a Tính số lượng loại nuclêơtit phân tử AND b Tính khối lượng AND c Phân tử AND tái số lần môi trường nội bào phải cung cấp 1143.104 Ađênin tự Xác định số lần tái AND (Cho biết khối lượng nuclêôtit trung bình 300 đơn vị C) (Sưu tầm) Lược giải a Số lượng loại nucleotit: N/20 = (2A + 2G)/20 = (A + G)/10 Số liên kết H cặp A - T = 2A, theo giả thiết ta có: (A + G ) /10 = 2A G = 19A (1) Số liên kết H phân tử ADN : 2A + 3G = 531.104 (2) Thế (1) vào (2) giải ta có A = 9.104 = T G = X = 171.104 b Khối lượng ADN : N.300C = 2( 9.104 + 171 104) x 300 = 108.107 đvC c Số lần tái ADN: Gọi k số lần tế bào ADN (Đk: k thuộc số nguyên dương) Số A cung cấp: 9.104 ( 2k - 1) = 1143 104 2k = 128 k=7 * Luận bàn: Với xét với phân tử ADN xong yêu cầu học sinh phải tổng hợp kiến thức cấu trúc chế tự ADN; điểm thú vị toán tách loại liên kết hidro cặp A-T với cặp G-X giúp học sinh củng cố khắc sâu lại kiến thức liên kết hóa học 13 Bài 7*: Gen cấu trúc có 150 vòng xoắn có tích hai loại nuclêơtit không bổ sung 6%, số liên kết hiđrô gen nằm khoảng từ 3500 đến 3600 Tỉ lệ % số lượng loại nuclêôtit gen? (Sưu tầm) Lược giải Tỉ lệ % loại Nuclêôtit gen: - Gọi A G hai loại nucleêôtit khơng bổ sung Theo đề ta có: A G = 6% = 0,06 (1) Theo N.T.B.S: A + G = 50% = 0,5 (2) - Từ (1) (2) => A G có nghiệm : Hoặc A = 30% G = 20% Hoặc A = 20% G = 30% - Nếu A > G: + Tổng liên kết hidrô gen: 3600 liên kết (chọn) Nếu A < G: + Tổng liên kết hidrô gen: 3900 liên kết (loại 3900 > 3600) Vậy tỉ lệ % số lượng loại nuclêôtit gen: A = T = 30% ; G = X =20% A = T = 30% 3000 = 900 Nu G = X = 20% 3000 = 600 Nu * Luận bàn : Bài chưa cho biết giá trị cụ thể số liên kết hidro mà đưa khoảng giá trị từ 3500 đến 3600 liên kết Học sinh xác định cặp nghiệm A G; vào cặp nghiệm để xác định cụ thể số liên kết hidro Có thể đánh giá tốn đòi hỏi học sinh có kiến thức tổng hợp tốn học sinh học tương đối vững vàng Đây lí tơi ln đề cao việc rèn luyện kĩ tính tốn tư logic cho học sinh ôn thi đội tuyển học sinh giỏi cấp Dạng 2: Tính số liên kết hidro hình thành bị phá hủy ADN tự nhân đôi: Bài Một gen có số liên kết hiđrơ 2805 Hiệu số A G 30% tổng số Nuclêơtít gen a Tính số Nuclêơtít loại gen b Tính số liên kết hiđrơ bị phá hủy tổng số liên kết hidro gen tạo gen ban đầu tự nhân đôi lần (Trích đề thi chọn tuyển HSG cấp tỉnh/ Huyện Bá Thước năm học 2009-2010) Lược giải a Số Nuclêơtít loại gen ta có: A - G = 30 % Nuclêơtít; 14 A + G = 50% Nuclêơtít suy 2A = 80 % Nuclêơtít  A = T= 80% : 2= 40 % Nuclêơtít G = X =50% - 40 %= 10% Nuclêơtít Mặt khác số liên kết Hiđrơ gen 2805, ta có: 2A+ 3G = 2805 (liên kết) Hay: x 40% N + x 10% N = 2805 (liên kết) Suy 110%N = 2805 N = 2550 Nu * Vậy số Nuclêơtít loại là: A = T = 40% x 2550 = 1020 Nu G = X= 10% 2550 = 255 Nu c Số liên kết hiđrô gen con: Số liên kết hiđrô bị phá hủy: H(22 -1) = 8414 (liên kết) Tổng số liên kết hiđrô gen tạo là: 2805 x 22 = 11220 (liên kết) Bài Một nhóm gồm phân tử ADN (mạch kép) giống tiến hành nhân đôi số lần liên tiếp, môi trường cung cấp 46500 Nu loại T Xác định tổng số liên kết hidro gen hình thành Biết phân tử ADN có 4000 liên kết hidro Nu mạch có G = 2A (Sưu tầm) Lược giải - Tính số Nu phân tử ADN: Số liên kết hidro: H = 2A + 3G = 4000 liên kết (1) mặt khác G = 2A (2) Thay (2) vào (1) ta được: H = 2A + x 2A = 4000 suy A = 4000 : = 500 Nu Vậy: T = A = 500 Nu; X = G = 1000 Nu - Xác định số lần nhân đôi phân tử ADN: Gọi k số lần nhân đôi phân tử ADN (Đk: k thuộc số nguyên dương) Số Nu loại T môi trường cung cấp cho phân tử ADN nhân đôi là: Tmt = (2k – 1) T  46500 = 3(2k – 1)500 Giải ta được: 2k = 32 suy k = - Xác định tổng số liên kết hidro gen hình thành: �H = H 2k = 4000 x 32 = 128000 (liên kết) Bài 10 Một gen có 2400 Nu hiệu số Nu loại A với l loại Nu khác 20% tổng số Nu gen Gen nhân đôi liên tiếp số lần cần môi trường cung cấp 5880 Nu loại A Tính số liên kết Hidro bị phá hủy q trình nhân đơi? (Trích tập di truyền phân tử / tác giả Phan Khắc Nghệ/NXBĐHQG) Lược giải 15 - Số Nu loại ADN: Hiệu số A với loại khác 20% nên A = 35%; Vậy A = 840 Nu , G = N/2 - A = 360 Nu - Số liên kết Hydro phân tử ADN: H = 2A + 3G = x 840 + x 360 = 2760 (liên kết) - Xác định số lần nhân đôi AND: Gọi số lần nhân đôi k (với k số nguyên dương) Từ công thức tính số Nu loại A mơi trường cung cấp cho k lần nhân đôi Amôi trường = (2k – 1)A suy số lần nhân đôi gen là: k = bậc (Amôi trường / A + 1) = lần - Tính số liên kết Hydro bị phá hủy sau lần tự nhân đôi: (2k – 1)H = 19.320 (liên kết) * Luận bàn: Đối với tập dạng đòi hỏi học sinh phải nắm vững chế tự nhân đôi ADN từ vận dụng sang giải tập Phân biệt số liên kết bị phá hủy so với số Hidro hình thành Dạng Bài tốn đột biến gen – liên quan đến rối loạn trình tự chép AND Bài 11 Gen D có 186 Nu loại G 1068 liên kết hydro Gen đột biến d gen D liên kết hidro chiều dài gen Đột biến liên quan đến cặp Nu thuộc dạng đột biến gen? Lược giải Chiều dài gen D d nên dạng đột biến thay Liên kết hidro tăng thêm cặp A - T thay cặp G- X Bài 12 Một gen dài 5100 Ǻ có A = 2G Một đột biến liên quan tới cặp nucleotit làm thay đổi liên kết hidro không làm thay đổi chiều dài gen Gen đột biến tự nhân đôi số lần cần môi trường cung cấp 3507 nucleotit loại G Xác định dạng đột biến số nucleotit loại cung cấp cho trình tái gen đột biến (Sưu tầm) Lược giải Gen ban đầu Số nucleotit gen ban đầu N = (L/3,4) x = (5100Ao/3,4 ) x = 3000 (nucleotit) A + G = 3000/2 A = 2G => A = T = 1000 (nucleotit) G = X = 500 (nucleotit) Gen đột biến: 16 Chiều dài gen không đổi, thay đổi liên kết hydro => đột biến thay cặp nucleotit (A - T G - X ngược lại) Môi trường cung cấp 3507 nucleotit loại G Nếu đột biến thay cặp A - T G - X gen đột biến có: G = X = 501 nucleotit A = T = 999 nucleotit Môi trường cung cấp cho gen đột biến tự nhân đôi: X = G = (2k - 1) x 501 = 3507 => k = A = T = (2k - 1) x 999 = (23 - 1) x 999 = 6993 Nếu đột biến thay cặp G - X A - T G = X = 499 nucleotit ; A = T = 1001 nucleotit Môi trường cung cấp cho gen đột biến tự nhân đôi: X = G = (2k - 1) x 499 = 3507 => k lẻ => loại * Luận bàn: Đối với tập dạng học sinh chủ yếu dựa vào số liên kết Hidro gen ban đầu, thay đổi số liên kết hidro số Nu gen đột biến để xác định loại đột biến; Hoặc ngược lại dựa vào loại đột biến biết để xác định thay đổi số liên kết hidro gen đột biến Bài 13 Một gen chứa 2398 liên kết cộng hóa trị nuclêơtit Gen bị đột biến thêm đoạn Đoạn gen gắn thêm có chứa 185 liên kết hyđrô 40 ađênin Sau đột biến tỉ lệ nuclêôtit loại guanin gen 30% Đoạn gen sau bị đột biến có chiều dài A? (Trích đề luyện thi hsg Huyện Bá Thước đề 14-15) Lược giải Chiều dài đoạn gen sau bị đột biến: - Số lượng nuclêôtit gen trước bị đột biến: N = 2398 + = 2400 (Nu) - Số lượng loại nuclêôtit đoạn gen gắn thêm là: * Xét đoạn gen gắn thêm: Ta có: 2A + 3G = H  2.40 + 3G = 185 Nên Vậy: A = T = 40 Nu G= (185-80):3 = 35 Nu G = X = 35 Nu * Xét đoạn gen sau đột biến: - Số lượng nuclêôtit gen sau đột biến: 2400 + ( 40 + 35 )2 = 2550 Nu - Chiều dài gen sau đột biến: L = N/2 x 3,4 Ǻ = 2550/2 x 3,4 Ǻ = 4335 (Ǻ) 17 * Luận bàn: Bài tập ngồi liên kết Hidro, đề cập đến loại liên kết khác điển hình Axit deoxiribonuclic: liên kết cộng hóa trị Mục đích để em có tư tổng hợp khái quát khơng bó buộc dạng liên kết hóa học, khích thích khả tìm tòi khám phá em dạng tốn liên kết hóa học khác Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường Trên số toán minh họa cho phương pháp bồi dưỡng cho học sinh với chủ đề khai thác phân dạng tập liên kết Hidro axit Deoxiribonucleic từ năm học 2014 – 2015 Sau vài năm áp dụng giải pháp thấy kết học sinh giải tập liên kết Hidro khả quan nhiều Những học sinh yếu biết cách giải tập, học sinh - giỏi làm tốt tự tin gặp tốn khó Nhìn chung em cảm thấy thích thú tự tin giải phần liên kết Hidro Qua việc giải hệ thống tập, học sinh trang bị cho kĩ xử lí tình rèn luyện cách tổng hợp kiến thức giúp học sinh hiểu nắm sâu phần lý thuyết Đồng thời qua giải tập Sinh học giúp học sinh ôn tập đào sâu, mở rộng kiến thức, dẫn đến kiến thức mới, rèn luyện kĩ năng, vận dụng lý thuyết vào thức tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức, phát huy tính tự lực học sinh góp phần làm phát triển tư sáng tạo, đồng thời kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức học sinh Tôi thấy chất lượng dạy học cải tiến rõ rệt: Học sinh tích cực, chủ động đặc biệt học sinh có hứng thú học tập phát triển tư người học Sau dạy xong chủ đề tơi có khảo sát học lực học sinh Kết thu sau: Bảng XL giỏi XL XL TB XL yếu Năm học Tổng số HS SL % SL % SL % SL % 2014-2015 109 7.3 45 41.3 47 43.1 8.3 2015-2016 96 8.3 43 44.8 42 43.7 3.2 2016-2017 94 9.6 40 42.6 41 43.6 4.2 So sánh đối chứng với kết chưa vận dụng sáng kiến (Bảng 1): Tôi thấy tỉ lệ xếp loại khá, giỏi tăng; yếu giảm cụ thể là: Tỉ lệ giỏi tăng: (7.3 + 8.3 + 9.6) : – 0.8 = 7.6 % Tỉ lệ tăng: (41.3+ 44.8 + 42.6) : – (25.6 +25.4) : = 17.4 % Tỉ lệ yếu giảm: (18.6+ 14.4) : - (8.3 + 3.2 + 4.2): = 7.9 % Kết thi học sinh giỏi cấp Huyện, cấp Tỉnh: Bảng 18 SL học sinh dự Giải thi cấp tỉnh thi cấp tỉnh 2014-2015 1 2015-2016 2016-2017 So sánh đối chứng với kết chưa vận dụng sáng kiến (Bảng 2) Tôi thấy số học sinh đạt giải cấp huyện tăng; kết thi học sinh giỏi cấp tỉnh trì ổn định qua năm Khi áp dụng sáng kiến nhận thấy khắc phục nguyên nhân nêu phần thực trạng: + Học sinh xác định rõ chất liên kết Hidro phân tử axit deoxiribonucleic (ADN) biết vận dụng sang làm tập + Học sinh có kĩ giải tập sinh học nói chung tập liên kết Hidro axit deoxiribonucleic (ADN) nói riêng + Học sinh làm quen với số dạng tập liên kết hóa học axit deoxiribonucleic (ADN) nên gặp dạng tốn liên quan đến liên kết hóa học phân tử lại (ARN, Protein) em giải Qua việc làm sáng kiến kinh nghiệm giúp thân nâng cao chun mơn nghiệp vụ, điều thân nhận thấy qua việc học sinh năm sau nắm hiểu vấn đề tốt năm trước Qua giúp thầy trò có tiền đề định đặc biệt quan trọng học sinh tiếp tục học phần Di truyền phân tử THPT PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Trên số tập liên kết Hidro chủ đề áp dụng ôn thi học sinh giỏi Bản thân nhận thấy để làm tập học sinh cần nắm vững lí thuyết ADN đặc điểm liên kết Hidro Thông thường sau hệ thống xong yêu cầu học sinh tự hệ thống lại dạng nêu lại bước giải tập Sau giáo viên tổng hợp lại kiến thức học sinh, bổ sung, hoàn chỉnh Tóm lại giao tập di truyền cho học sinh giáo viên nên cho học sinh cách tự tư duy, tìm tòi để từ xây dựng nên phương pháp giải cho dạng cụ thể, khuyến khích học sinh tìm nhiều hướng giải cho tập Việc vận dụng sáng kiến vào giảng dạy tạo nên chuyển biến tích cực học sinh đội tuyển học sinh giỏi tôi: từ chỗ sợ tập liên kết Hidro, khả hoàn thành tập thấp sau thực sáng kiến em tỏ hứng thú hoàn thành tập cách dễ dàng Trong phạm vi SKKN tơi đề cập đến tập liên kết Hidro, tiến trình ơn tập hệ thống tập cho học sinh tơi phát triển 19 Năm học Giải thi cấp huyện khai thác thêm tập liên kết hóa học khác (liên kết cộng hóa trị, liên kết peptit, ) loại phân tử di truyền ADN, ARN, Protein, với mục đích củng cố kiến thức lí thuyết, kết hợp kiến thức sinh học với kĩ tính tốn tư logic tốn học, giảm áp lực, tránh nhàm chán cho học sinh, kích thích tình u mơn sinh học từ em, gạt bỏ định kiến xem môn sinh học môn học thuộc đơn Kiến nghị: Đối với nhà trường: Tăng cường đạo tổ chuyên môn tập trung đổi nơi dung sinh hoạt, cần coi trọng việc thảo luận, xây dựng chuyên đề dạy học qua trường học kết nối Đối với Phòng Giáo dục Đào tạo: Cần mở chuyên đề công tác bồi dưỡng học sinh giỏi môn sinh học theo chuyên đề, để giáo viên có điều kiện nâng cao phương pháp trao đổi học hỏi kinh nghiệm lẫn Với mong muốn góp phần nhỏ bé vào việc nâng cao chất lượng môn sinh học, xin mạnh dạn nêu sáng kiến kinh nghiệm nhỏ thân áp dụng kiểm nghiệm, mang lại hiệu tích cực cho việc dạy học mơn sinh học trường, chắn sáng kiến nhiều hạn chế, khiếm khuyết Rất mong nhận góp ý Hội đồng khoa học, thầy cô, đồng nghiệp bạn để đề tài hoàn thiện Cuối xin chân thành cảm ơn! XÁC NHẬN CỦA NHÀ TRƯỜNG HIỆU TRƯỞNG Hà Văn Chinh Bá Thước, ngày 10 tháng năm 2017 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác NGƯỜI VIẾT Trần Thị Ánh Nguyệt 20 21 ... deoxiribonucleic (ADN) biết vận dụng sang làm tập + Học sinh có kĩ giải tập sinh học nói chung tập liên kết Hidro axit deoxiribonucleic (ADN) nói riêng + Học sinh làm quen với số dạng tập liên kết hóa học. .. chế kết thi học sinh giỏi, tự rút kinh nghiệm, vận dụng sáng kiến nhằm cải tạo thực trạng qua việc khai thác phân dạng tập liên kết Hidro axit deoxiribonucleic (ADN) chương trình sinh học lớp. .. sinh học lớp Trường THCS Thiết Ống, huyện Bá Thước Các giải pháp sử dụng để khai thác phân dạng tập liên kết Hidro axit deoxiribonucleic (ADN) chương trình sinh học lớp Trường THCS Thiết Ống, huyện